Trotz ihrer Größe hat die Nanotechnologie Auswirkungen auf die Industrie
Das aufstrebende Gebiet der Nanotechnologie galt lange Zeit als undurchsichtig, wenn nicht sogar ein wenig unheimlich. Die Nanotechnologie beweist jedoch ihr Potenzial in verschiedenen Sektoren und veranlasst Unternehmen, darüber nachzudenken, wie ihre Organisation von den winzigen Maschinen und Materialien profitieren könnte. Hier sind sechs Bereiche, in denen sich die Nanotechnologie bereits als vielversprechend erwiesen hat.
1) Nanomedizin
Mit Hilfe von Trägersystemen im Nanomaßstab können Medikamente viel gezielter und effizienter verabreicht werden. Die Nanomedizin kombiniert chemische und mechanische Eigenschaften, um Patienten und Ärzten zu helfen, indem sie Medikamente herstellt, die viel schneller an die gewünschte Stelle gelangen als herkömmliche Injektionen oder Tabletten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Arzneimitteln können Nanopartikel bestimmte biologische Barrieren im Körper überwinden.
Doch trotz zahlreicher Studien bleibt die Nanomedizin weitgehend theoretisch. Die meisten Arbeiten zur Nanomedizin beschränken sich derzeit auf klinische Versuche und haben noch keinen Eingang in die allgemeine Gesundheitsversorgung gefunden. Einem von Transparency Market Research veröffentlichten Bericht zufolge wird der Weltmarkt für Nanomedizin bis Ende des Jahres voraussichtlich 177,6 Mrd. USD erreichen. Künftige Anwendungen könnten Behandlungen für verschiedene Krankheiten wie Alzheimer, Krebs und Diabetes sowie die Bekämpfung antimikrobieller Resistenzen und nano-engineered Gewebe umfassen.
2) Fertigung
Ein Großteil der Diskussion um die Nanotechnologie dreht sich um deren Einsatz in der Fertigung. Die Durchführung von Prozessen im Nanomaßstab senkt die Kosten, erhöht die Effizienz und verbessert die Qualität der Materialien. So stellt ArcelorMital beispielsweise in Nanopartikel eingebetteten Stahl her, der es ermöglicht, leichtere, dünnere, aber stärkere Träger und Platten zu produzieren. MesoCoat hat eine Nanokomposit-Beschichtung namens CermaClad für Rohre in der Ölindustrie entwickelt, um sie korrosionsbeständig zu machen. Die Beschichtung kann bei niedrigeren Temperaturen und mit höherer Geschwindigkeit als bei herkömmlichen Verfahren aufgetragen werden, was zu geringeren Kosten und billigeren Rohren führt.
Eine weitere interessante Nano-Innovation in der Fertigung sind nanoskalige Diamantspitzen. In Zusammenarbeit mit Forschern der University of Illinois und der University of Pennsylvania hat Advanced Diamond Technologies eine neuartige Nanospitze für die thermische Bearbeitung entwickelt, die vollständig aus Diamant besteht. Das klingt übertrieben, aber vergessen wir nicht, dass die Diamantspitzen einen Durchmesser von 10 nm haben…
3) Energie
Einer der wichtigsten Energiezweige, in dem der Nanotechnologie ein besonderes Potenzial zugeschrieben wird, ist die Solartechnik. In nanotechnologisch hergestellten Solarzellen ermöglichen kleinere Partikel und Materialien mit anderen Molekularstrukturen eine höhere Energieaufnahme. Leider sind die Bemühungen von NanoSolar, Nanosolarzellen auf den Markt zu bringen, gescheitert, und das Unternehmen musste 2013 aufgeben. In den letzten Jahren hat die Solarenergie wieder an Interesse gewonnen. Inzwischen gibt es eine lange Liste von Solarunternehmen, die die Nanotechnologie in ihren Produkten einsetzen könnten.
Außer in der Solarbranche wird die Nanotechnologie auch in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt. Candace Chan, Professorin für Ingenieurwissenschaften an der Arizona State University, hat eine Methode entwickelt, um Batterien sicherer zu machen, indem sie die brennbare Flüssigkeit in ihnen durch feste, lithiumleitende keramische Nanomaterialien ersetzt. Ein breiterer Einsatz von Nanomaterialien im Bauwesen könnte auch die Effizienz von Beleuchtung und Heizung verbessern, da Nanopartikel viel besser absorbieren.
4) Elektronik
In einer Welt, die von Daten beherrscht wird, ist es unerlässlich, Informationen schnell und in großem Umfang zu verarbeiten. Glücklicherweise kann die Nanotechnologie im Bereich der Elektronik die kleineren, schnelleren und leistungsfähigeren Chips liefern, die für die Bewältigung der großen Datenmengen benötigt werden. Unter Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen hat das Nanotech-Unternehmen Nantero einen NRAM-Speicherchip (Nanotube Based Nonvolatile Random Access Memory) entwickelt, der Flash-Speicherchips mit hoher Dichte ersetzen soll.
Intel hat die Vorteile der nanotechnologisch betriebenen Elektronik ebenfalls schnell erkannt. Im Jahr 2014 brachte das Unternehmen den ersten 14-nm-Prozessor für dünne, lüfterlose PCs auf den Markt. Der Core M-Chip war 50 Prozent kleiner und 30 Prozent dünner als sein Vorgänger, und schon bald wurden weitere Pläne für eine 10nm-Version vorgestellt. Im Jahr 2015 stellte ein Konsortium unter der Leitung des Intel-Konkurrenten IBM einen 7-nm-Testchip vor. Der Chip ist das Ergebnis eines fünf Jahre dauernden, 3 Milliarden Dollar teuren Forschungsprojekts. Mit anderen Worten: Dank der Nanotechnologie lebt das Mooresche Gesetz weiter.
5) Lebensmittel
Die Nanotechnologie trägt dazu bei, das globale Problem der Lebensmittelverschwendung zu lösen, indem sie Lebensmittel und Lebensmittelverpackungen haltbarer und widerstandsfähiger gegen Bakterien macht. Wenn Lebensmittel länger haltbar sind, werden sie von den Verbrauchern weniger weggeworfen oder von den Supermärkten abgelehnt. So werden beispielsweise Nanokomposite aus Ton in Flaschen, Kartons und Verpackungsfolien eingesetzt, um eine undurchlässige Barriere für Gase wie Sauerstoff oder Kohlendioxid zu schaffen. Behälter wurden mit Silbernanopartikeln versehen, um Bakterien abzutöten, und es werden Nanosensoren entwickelt, um Bakterien und andere Verunreinigungen wie Salmonellen in Verpackungsanlagen aufzuspüren.
In der Wachstumsphase können Netze von Nanosensoren und Spendern in landwirtschaftlichen Betrieben und auf Feldern eingesetzt werden, um zu erkennen, wann eine Pflanze Nährstoffe oder Wasser benötigt. Die Spender können dann je nach Bedarf Dünger, Nährstoffe oder Wasser abgeben, bevor die Pflanze Anzeichen eines Mangels zeigt. Nanopestizide könnten die chemischen Auswirkungen auf die Pflanzen verringern, indem sie nur dann aktiviert werden, wenn sie von einem Insekt aufgenommen werden.
6) Intelligente Städte
Alle oben genannten Beispiele zeigen, warum die Nanotechnologie beim Aufbau intelligenter Stadtinfrastrukturen eine wichtige Rolle spielen wird. Intelligente Städte erzeugen eine riesige Menge an Daten, die zwischen und innerhalb von Netzen übertragen werden müssen. Die nanoaktivierte Millimeterwellentechnologie wie mmLink von Teraphysics ist ein Beispiel dafür, wie Nanotechnologie dies wesentlich erleichtern kann, indem sie Daten ohne eine unterstützende Infrastruktur transportiert. 2017 hat Teraphysics eine Crowdfunding-Kampagne gestartet und Gespräche mit großen Mobilfunkbetreibern aufgenommen. Das Ziel des Unternehmens ist es, das Nanonetz als Backbone für die Einführung von 5G zu nutzen.
Weitere Anwendungen umfassen den Einsatz von Nanomaterialien in Kraftwerken, Wasseraufbereitungsanlagen und Straßeninfrastrukturen sowie die Installation von Nanosensoren zur Überwachung der Luftverschmutzung und anderer Umweltkennzahlen.
Ein kleiner Schritt…
Nanotechnologie ist nicht nur für winzige, autonome Roboter gedacht. Was den Sektor betrifft, so ist das Gesundheitswesen der eifrigste Anwender. Jüngste Anwendungen im Energiebereich, insbesondere im Bereich der Solarenergie, haben das Interesse der Unternehmen an der Nanotechnologie geweckt. Und da sich intelligente Städte von der Theorie zur Realität entwickeln, könnte die Nanotechnologie eine Antwort auf das Datendilemma bieten. Und nicht nur das: Die Nanotechnologie trägt bereits zu einer nachhaltigeren Umwelt bei. Die Nanotechnologie ist über die Seiten der Science-Fiction hinausgewachsen und stellt eine Chance für praktisch jede Branche dar.